1、1温湿度检测仪的 USB 接口主从通讯的设计摘要：将 USB 总线接口芯片 CH375 应用于温湿度测记仪中，使该仪器既可以工作在设备模式下，与计算机直接进行通讯（包括温湿度数据的上传和仪器基本参数的设置） ，也可以工作在主机模式下，读写 U 盘，通过 U 盘作为中介实现数据的传输，使温湿度测记仪不用离开测试现场就可以和 PC 机进行数据通讯，方便了用户的使用。 关键词：温湿度仪 USB 主从应用式 CH375 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 1 概述 温度是表征物体冷热程度的物理量，它是物体内分子间平均动能的一种表现形式。湿度是指空气中水蒸气湿气的含量常用绝对湿度、相对湿度
2、露点等表示。空气湿度的物理定义是用来表示空气中的水汽含量多少或空气潮湿程度的物理量。日常生活中所说的空气湿度，实际上就是指相对湿度而言。相对湿度是表示空气中实际的水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比。饱和水汽压是随着温度的升高而增加的，在空气中实际水汽压不变的情况下（分子不变） ，饱和水汽压越高（分母越大） ，其相对湿度越低。所以一般情况下温度增加相对湿度会下降。 2 温湿度仪系统硬件设计 2.1 SHT11 传感器、单片机及显示部分 2温湿度传感器 SHT11 将温度感测、湿度感测、信号变换、AD 转换和加热器等功能集成到一个芯片上，其测量原理：首先利用 2 只传感器分别产生相对湿度、温度的信
3、号；然后经过放大，分别送至 AD 转换器进行模数转换、校准和纠错；再通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至微控器；最后利用微控器完成非线性补偿和温度补偿。 测控系统以 SM89C51 为主机，由 SHT11 实现温度和湿度的测量。SM89C51 是台湾新茂(SyncMos)公司生产的 8 位 MCU，内含 4 KB FLASH ROM、128B RAM、扩展 IO，自带看门狗定时器、低 EMI、DBANK 寻址、片内 WDT RC 振荡器、PWM 等。因此本系统不需要外扩 ROM，也不必用外置的看门狗电路。 显示器件选用南京国显的图形液晶显示模块 GXM12864。它内含KS0108BHD
4、61202 控制器，是一种采用低功耗 CMOS 技术实现的点阵图形LCD 模块，有 8 位的微处理器接口，通过内部的 12864 位映射 DDRAM，实现 128 点、64 点大小的平板显示。它的主要功能是分 2 行同时显示现场节点的温度和湿度。 2.2 主从双模式模块的设计 本设计突破了传统单一的 USB 外设，采用了双 USB 插座模式，使其既可以工作在 USBDEVICE 设备模式下，也可以工作在 USBHOST 主机模式下，方便了不同场合的用户。USB 插座采用单独供电，并在 USB 插座电源上并联储能用的电解电容。这样，即使 USB 设备刚插上时存在电容充电过程，也不会影响单片机和
5、CH375。 当 CH375 工作于主机模式时，在本地端提供了通用的被动并行接口3和点对点的串行接口；当工作于设备模式时，只能用并行接口。所以，为了更方便地在主从模式下切换，在本测记仪中统一采用了被动并行接口的方式同单片机进行数据通讯。两者的选择主要通过 CH375 芯片的 TXD引脚来实现的。在本仪器中，将 CH375 的 TXD 引脚通过 1k 欧姆的下拉电阻接地,CH375 在复位期间检测到 TXD 引脚为低电平时，则启用并行接口；否则，启用串行接口。如果启用串行接口，那么复位完成后 TXD 将用于串行数据输出，并且 CH375 芯片只能工作于 USB 主机方式下。 CH375 内置了电
6、源上电复位电路，所以不需要外部提供复位。RSTI引脚用于从外部输入异步复位信号： 当引脚为高电平时，CH375 被复位；当引脚恢复为低电平后，CH375 会继续延时复位 20ms 左右，然后进入正常工作状态。电容 C55 能在电源上电期间可靠复位，并且减少外部干扰。RST 引脚和 RST#引脚是复位状态输出引脚，分别是高电平有效和低电平有效。当电源上电复位或者被外部强制复位以及复位延时期间，RST 引脚和 RST#脚分别输出高电平和低电平。复位完成后，分别恢复到低电平和高电平。 2.3 整体电路图设计 SHT11 为完成预定值的设置，系统则设有 4 个预设按键S1、S2、S3、S4，分别为加
7、1 键、减 1 键、设定功能选择键和设定完成确定键。其数据线 DATA 连接于 51 单片机的引脚 P1.0，时钟线 SCK 连接于 51 单片机的引脚 P1.1。按键 S5 则为单片机提供复位使用。用 51 单片机的引脚 P2.5 和 P2.4 来分别控制 LCD 显示器芯片的引脚 DI 和PW。CH375 芯片通过被动并行接口芯片可以很方便地挂接到 51 单片机、4DSP 和 MCU 的系统总线上，并且可以与多个外围器件共存。CH375 的 TXD 引脚接地，从而使 CH375 工作于并口方式。CH375 芯片的 8 位双向数据总线 D7DO 直接与单片机的 PO 数据口相连，RD和 WR
8、分别连接到单片机的读选通输出引脚 RD和写选通输出引脚 WR。片选信号 CS连接到单片机的 P2.7 引脚，该引脚为低电平时选通 CH375 芯片。INT可以连接到单片机的中断输入 INT0 引脚，中断请求是低电平有效。地址输入线A0 连接至单片机的 P2.6 引脚。当 CS和 RD以及 A0 都为低电平时，CH375 中的数据通过 D7DO 输出；当 CS和 WR以及 A0 都为低电平D7DO 上的数据被写入 CH375 芯片中；而当 A0 引脚为高电平时选择命令端口，可以写入命令。具体电路图如下图。 3 结束语 SHT11 数字式温湿度传感器由于将温度传感器、湿度传感器、信号调理、模数转换
9、器、标定参数及 IC 总线接口全部集成到传感器内部。因此，既提高了传感器的性能，又降低了成本、减小了体积。以它为核心组成的温湿采集系统性能可靠，测量精度高，在温室环境参数测试中，起到了关键的作用。USB 是应用在计算机领域的一种新型接口技术。该技术以其单一化、即插即用、便捷、易扩展和高速等特点得到广泛的推广与应用。它可以很方便地挂接到鼠标、键盘、打印机和扫描仪等外部设备上， 开发 USB 接口已经成为计算机外设的热点。该双模式 USB 数据传输方式可扩展应用在其它便携式仪器仪表中，既可作为外设直接与 PC机进行数据通讯，也可通过体积小巧且携带方便的 u 盘作为中介实现在线检测和离线数据分析处理
10、，极大地方便了用户的使用。通过改善电路5以及抗干扰措施的采取，可以稳定工作在各种环境下。 4 参考文献 1 赵晓顺，于华丽， 王希望等，双模式 USB 接口芯片 CH375 在温湿度测记仪中的应用J.农机化研究-2007 年 10 期 171-173 2 智兆华， 张鹏 USB 接口芯片 CH375 的原理及应用J. 今日电子 2005 年 8 期 74-75 3 王希望, 于华丽, 刘丽娟等 基于 VB 的 USB 通信系统在智能温湿度检测仪中的应用J. 仪表技术与传感器 2007 年 10 期 16-17,32 4 张艳丽 杨仁弟数字温湿度传感器 SHT11 及其应用J 工矿自动化2007 年 3 期 113-114 页 5 黄平平 吉荣廷 沈大鹏 基于 CH375 实现单片机读写 U 盘J现代电子技术2006 年 29 卷 18 期 13-15 页 6 王小芳，郑宽磊，强伟锋基于 80C51 型单片机和 CH375 型接口电路的 LPT-USB 打印机驱动器的设计与实现J 国外电子元器件2006 年第 7 期 25-29
